本论文在总结前人工作的基础上，利用较长时间序列的臭氧年、月平均分析资料，对不同时段、不同关键区域的臭氧时空变化特征作了对比及相关分析，并对温度场和位势高度场等气象要素在垂直方向上分不同层次进行了逐层相关比较，通过一系列的数学处理初步获悉了北半球中高纬区近三十年来臭氧的时空变化情况，得到了一些有意义的结论，主要包括下面几点： (1)东亚地区和北美地区以及中国的东北地区都是处于臭氧浓度高值中心的边缘，而西欧、青藏高原地区相对同纬度地带而言则是明显的臭氧浓度低值区。臭氧总量一直是东亚区最高，接着依次是北美、西欧和中国区，青藏高原区始终为最低。近期相对前期，各区域臭氧浓度都有很大程度的降低，地形影响导致明显的局地臭氧亏损强中心。 (2)一年中臭氧平均浓度都有明显的季节变化特点，变化曲线接近正弦函数，总在春季(3、4月份)达到浓度最高值，而在秋季(10、11月份)达到浓度最低值。不同区域间夏秋季数据都比较集中，而到了冬春季，数据往往比较分散。近期相对于前期，所有月份的月均臭氧浓度都有了很明显的减少，尤其是浓度较高的冬春季节。 (3)从20世纪70年代末至21世纪初，臭氧浓度一直表为持续减少。1983年前后和1992年前后为2个较快的臭氧浓度下降时期；近年臭氧浓度仍然存在明显的系统性下降趋势，并且在2002年前后出现了近期较快的浓度下降时期。浓度越高的季节或月份，亏损越明显，浓度越低的季节或月份其亏损往往也越少。各季节的臭氧浓度值和年平均值都有着明显的年际波动，浓度越高的季节或月份，年际振幅越大，浓度越低的季节或月份其年际振幅越小。 (4)臭氧浓度低值出现的高概率区主要分布在各区域的低纬度地区，高值出现的高概率区主要分布在各区域的高纬度地区；区域内臭氧浓度的空间变化幅度远远大于时间变化幅度。分析各区域臭氧浓度出现概率的年际变化发现，总趋势是高浓度等级的出现概率不断下降，而低浓度等级的出现概率不断上升。各区域臭氧总量除典型年周期外，存在明显的准2年周期振荡，以及同时还存在准40个月、准50个月及准70个月等多种周期变化。不论前期还是近期，明显的准两年周期振荡都是各区域年周期以外最强的周期。 (5)各个区域主成分展开的收敛性都是很快的，载荷向量都能够较好地反映原始场的空间异常特征和时间演变趋势。说明各区域臭氧浓度都是大范围分布明显，具有大尺度特征，用较少的特征向量主成分就能很好地描述出臭氧总量原始场的大部分信息。近期相对于前期，不论哪一区域，在选取同样多的主分量的前提下，近期能够提取臭氧场变化的信息比前期能够提取臭氧场变化的信息要少，需要较多的特征向量主成分才能描述出该场的大部分信息。 (6)大气臭氧柱总量年际异常通过作用大气温度场而对大气环流场异常也具有重要影响，正(负)异常时，与其相对应的对流层平均温度、位势高度场均为负(正)异常，平流层异常情况相反且平流层等压面层次上的相关表现更好。北半球(主要在中高纬)的大气温度场还是大气环流场的异常分布，在强弱臭氧年基本相反，在平流层与对流层也基本相反。大气臭氧和大气温度及大气环流异常之间的配置关系符合辐射平衡原理和温压场关系。大气臭氧年际异常对大气温度和环流的影响结果与大气臭氧总量趋势减少对大气温度和环流的影响结果是一致的。